How a cyber-physical system can efficiently obtain a snapshot of physical information even in the presence of sensor faults

We present a distributed algorithm for cyber-physical systems to obtain a snapshot of sensor data. The snapshot is an approximate representation of sensor data; it is an interpolation as a function of space coordinates. The new algorithm exploits a prioritized medium access control (MAC) protocol to efficiently transmit information of the sensor data. It scales to a very large number of sensors and it is able to operate in the presence of sensor faults.

Training control centers' operators in incident diagnosis and power restoration using intelligent tutoring systems

The activity of Control Center operators is important to guarantee the effective performance of Power Systems. Operators’ actions are crucial to deal with incidents, especially severe faults like blackouts. In this paper, we present an Intelligent Tutoring approach for training Portuguese Control Center operators in tasks like incident analysis and diagnosis, and service restoration of Power Systems. Intelligent Tutoring System (ITS) approach is used in the training of the operators, having into account context awareness and the unobtrusive integration in the working environment. Several Artificial Intelligence techniques were criteriously used and combined together to obtain an effective Intelligent Tutoring environment, namely Multiagent Systems, Neural Networks, Constraint-based Modeling, Intelligent Planning, Knowledge Representation, Expert Systems, User Modeling, and Intelligent User Interfaces.

An intelligent tutoring system for operators’ training in power system control centres

The activity of Control Center operators is important to guarantee the effective performance of Power Systems. Operators’ actions are crucial to deal with incidents, especially severe faults, like blackouts. In this paper we present an Intelligent Tutoring approach for training Portuguese Control Centre operators in tasks like incident analysis and diagnosis, and service restoration of Power Systems. Intelligent Tutoring System (ITS) approach is used in the training of the operators, taking into account context awareness and the unobtrusive integration in the working environment.

Combining artificial intelligence techniques for the training of power system control centre operators

Control Centre operators are essential to assure a good performance of Power Systems. Operators’ actions are critical in dealing with incidents, especially severe faults, like blackouts. In this paper we present an Intelligent Tutoring approach for training Portuguese Control Centre operators in incident analysis and diagnosis, and service restoration of Power Systems, offering context awareness and an easy integration in the working environment.

Prospecção de recursos hidrominerais e geotérmicos na Orla Ocidental Portuguesa: os casos das Termas dos Cucos e de Monte Real

A cobertura sedimentar da região Oeste portuguesa é constituída por uma série possante de sedimentos com uma variedade de fácies com idades compreendidas entre o Triásico Superior e o actual. Estes sedimentos foram depositados numa bacia alongada com direcção NNE‐SSW. A tectónica desta cobertura sedimentar é condicionada pelas falhas tardi‐Variscas que afectaram o substrato e pelo complexo evaporítico depositado na base das séries sedimentares. Séries evaporíticas espessas de idade Hetangiana formaram numerosas estruturas diapíricas. Na região Oeste de Portugal existem diversas nascentes minerais e termais usadas para hidroterapia. Esta tese tem por objectivo estudar as concessões hidrominerais das Termas dos Cucos e das Termas de Monte Real (Portugal Central), bem como as suas áreas envolventes. Estas actividades hidroterapêuticas são muito relevantes em termos sócio‐económicos para os concelhos de Torres Vedras e Leiria. Os estudos contemplados nesta tese (que incluíram trabalho de campo no domínio da geotectónica, geomorfologia e hidrogeologia) permitiram delinear modelos hidrogeológicos conceptuais, apoiados, ainda, pela re‐interpretação de estudos geofísicos e hidrogeológicos prévios. A caracterização destas áreas foi suportada por inventários hidrogeológicos, tendo sido determinante para o projecto dos furos de captação, incluindo localização e profundidade. Todos os dados compilados foram representados cartograficamente numa base de Sistemas de Informação Geográfica (SIG).

Levantamento, reparação e beneficiação do simulador TERCO PST 2200 do Laboratório de Sistemas de Energia do ISEP

Este trabalho é baseado no simulador de redes PST2200 do Laboratório de Sistemas de Energia (LSE) pois está avariado com vários problemas conhecidos, designadamente: - Defeito de isolamento (disparo de diferencial), - Desregulação da velocidade da máquina primária (motor DC), - Circuito de excitação da máquina síncrona inoperacional, - Inexistência de esquemas elétricos dos circuitos do simulador, - Medidas desreguladas e com canais de medida com circuito impresso queimado. O trabalho executado foi: - O levantamento e desenho de raiz (não existe qualquer manual) dos esquemas dos 10 módulos do simulador, designadamente naqueles com avaria ou com desempenho problemático a fim de que se possa ter uma visão mais pormenorizada dos circuitos e seus problemas, por forma a intervir para os minimizar e resolver, - Foi realizado o diagnóstico de avaria do simulador e foram propostas soluções para os mesmos, - Realizaram-se as intervenções propostas e aprovadas. Nas intervenções realizadas, os princípios orientadores foram: - Aumentar a robustez do equipamento por forma a garantir a sua integridade a utilizações menos apropriados e manobras 'exóticas' próprias de alunos, que pela sua condição, estão em fase de aprendizagem, - Atualizar o equipamento, colocando-o em sintonia com o 'estado da arte', - Como fator de valorização suplementar, foi concebida e aplicada a supervisão remota do funcionamento do simulador através da rede informática. Foram detetados inúmeros erros: - Má ligação do motor de corrente continua ao variador, resultando a falta de controlo da frequência da rede do sistema, - Ligações entre painéis trocadas resultando em avarias diversas das fontes de alimentação, - Cartas eletrónicas de medidas avariadas e que além de se reparar, foram também calibradas. Devido ao mecenato da empresa Schnitt + Sohn participando monetariamente, fez-se o projeto de alteração e respetiva execução de grande parte do simulador aumentando a fiabilidade do mesmo, diminuindo assim a frequência das avarias naturais mais as que acontecem involuntariamente devido a este ser um instrumento didático. Além do trabalho elétrico, foi feito muito trabalho de chaparia para alteração de estrutura e suporte do material com diferenças de posicionamento. Neste trabalho dá-se também alguns exemplos de cálculo e simulação das redes de transporte que se pode efetuar no simulador como estudo e simulação de avarias num sistema produtivo real. Realizou-se a monitorização de dois aparelhos indicadores de parâmetros de energia (Janitza UMG96S) através duma rede com dois protocolos ethernet e profibus utilizando o plc (Omron CJ2M) como valorização do trabalho.

Response time analysis of slotted WiDom in noisy wireless channels

WiDom is a wireless prioritized medium access control protocol which offers very large number of priority levels. Hence, it brings the potential to employ non-preemptive static-priority scheduling and schedulability analysis for a wireless channel assuming that the overhead of WiDom is modeled properly. Recent research has created a new version of WiDom (we call it: Slotted WiDom) which offers lower overhead compared to the previous version. In this paper we propose a new schedulability analysis for slotted WiDom and extend it to work for message streams with release jitter. Furthermore, to provide an accurate timing analysis, we must include the effect of transmission faults on message latencies. Thus, in the proposed analysis we consider the existence of different noise sources and develop the analysis for the case where messages are transmitted under noisy wireless channels. Evaluation of the proposed analysis is done by testing the slotted WiDom in two different modes on a real test-bed. The results from the experiments provide a firm validation on our findings.

Real time fault injection using enhanced OCD -- a performance analysis

Fault injection is frequently used for the verification and validation of dependable systems. When targeting real time microprocessor based systems the process becomes significantly more complex. This paper proposes two complementary solutions to improve real time fault injection campaign execution, both in terms of performance and capabilities. The methodology is based on the use of the on-chip debug mechanisms present in modern electronic devices. The main objective is the injection of faults in microprocessor memory elements with minimum delay and intrusiveness. Different configurations were implemented and compared in terms of performance gain and logic overhead.

Using NEXUS compliant debuggers for real time fault injection on microprocessors

As electronic devices get smaller and more complex, dependability assurance is becoming fundamental for many mission critical computer based systems. This paper presents a case study on the possibility of using the on-chip debug infrastructures present in most current microprocessors to execute real time fault injection campaigns. The proposed methodology is based on a debugger customized for fault injection and designed for maximum flexibility, and consists of injecting bit-flip type faults on memory elements without modifying or halting the target application. The debugger design is easily portable and applicable to different architectures, providing a flexible and efficient mechanism for verifying and validating fault tolerant components.

Real-time fault injection using enhanced on-chip debug infrastructures

The rapid increase in the use of microprocessor-based systems in critical areas, where failures imply risks to human lives, to the environment or to expensive equipment, significantly increased the need for dependable systems, able to detect, tolerate and eventually correct faults. The verification and validation of such systems is frequently performed via fault injection, using various forms and techniques. However, as electronic devices get smaller and more complex, controllability and observability issues, and sometimes real time constraints, make it harder to apply most conventional fault injection techniques. This paper proposes a fault injection environment and a scalable methodology to assist the execution of real-time fault injection campaigns, providing enhanced performance and capabilities. Our proposed solutions are based on the use of common and customized on-chip debug (OCD) mechanisms, present in many modern electronic devices, with the main objective of enabling the insertion of faults in microprocessor memory elements with minimum delay and intrusiveness. Different configurations were implemented starting from basic Components Off-The-Shelf (COTS) microprocessors, equipped with real-time OCD infrastructures, to improved solutions based on modified interfaces, and dedicated OCD circuitry that enhance fault injection capabilities and performance. All methodologies and configurations were evaluated and compared concerning performance gain and silicon overhead.

On-line self-healing of circuits implemented on reconfigurable FPGAs

To boost logic density and reduce per unit power consumption SRAM-based FPGAs manufacturers adopted nanometric technologies. However, this technology is highly vulnerable to radiation-induced faults, which affect values stored in memory cells, and to manufacturing imperfections. Fault tolerant implementations, based on Triple Modular Redundancy (TMR) infrastructures, help to keep the correct operation of the circuit. However, TMR is not sufficient to guarantee the safe operation of a circuit. Other issues like module placement, the effects of multi- bit upsets (MBU) or fault accumulation, have also to be addressed. In case of a fault occurrence the correct operation of the affected module must be restored and/or the current state of the circuit coherently re-established. A solution that enables the autonomous restoration of the functional definition of the affected module, avoiding fault accumulation, re-establishing the correct circuit state in real-time, while keeping the normal operation of the circuit, is presented in this paper.

A framework for self-healing radiation-tolerant implementations on reconfigurable FPGAs

To increase the amount of logic available in SRAM-based FPGAs manufacturers are using nanometric technologies to boost logic density and reduce prices. However, nanometric scales are highly vulnerable to radiation-induced faults that affect values stored in memory cells. Since the functional definition of FPGAs relies on memory cells, they become highly prone to this type of faults. Fault tolerant implementations, based on triple modular redundancy (TMR) infrastructures, help to keep the correct operation of the circuit. However, TMR is not sufficient to guarantee the safe operation of a circuit. Other issues like the effects of multi-bit upsets (MBU) or fault accumulation, have also to be addressed. Furthermore, in case of a fault occurrence the correct operation of the affected module must be restored and the current state of the circuit coherently re-established. A solution that enables the autonomous correct restoration of the functional definition of the affected module, avoiding fault accumulation, re-establishing the correct circuit state in realtime, while keeping the normal operation of the circuit, is presented in this paper.

Deteção de avarias na caixa de engrenagens de aerogeradores

Ao longo dos últimos anos tem-se assistido a um forte desenvolvimento e crescimento do número de parques eólicos instalados no mundo, o que leva a que seja necessário o incremento de ferramentas que permitam aperfeiçoar os sistemas de monitorização e controlo atualmente existentes. Por outro lado, não se deve deixar de ter em conta os custos elevados de operação e manutenção dos sistemas eólicos bem como o facto de os aerogeradores estarem localizadas em locais remotos ou offshore, o que faz aumentar os custos associados à sua exploração. A dissertação nasce da intenção clara do mercado em apostar na supervisão e previsão de avarias graves, de forma a minimizar os encargos subjacentes. Este trabalho de dissertação visa a utilização de redes neuronais para criar uma ferramenta informática de previsão de avarias em caixas de engrenagens em aerogeradores. As redes neuronais são ferramentas informáticas ideais para trabalhar com muita informação, sendo que a sua aplicação depende da qualidade e quantidade dos dados. Para tal irá ser efetuado um estudo em um parque eólico, no qual se analisará as principais avarias detetadas bem como as grandezas que deverão integrar a construção desta rede neuronal. Assim sendo, a informação relativa às diversas máquinas existentes num parque, é de enorme importância para a definição e otimização da rede neuronal a construir. Os resultados obtidos neste trabalho com a aplicação de redes neuronais para a previsão de avarias em caixas de engrenagens do parque eólico de estudo, provam que é possível realizar uma deteção da avaria bem como uma constatação de que a reparação possa ter sido bem efetuada ou mal sucedida, podendo assim ser ajustados os programas de manutenção a efetuar e uma verificação das ações de reparação para sua validação.

A influência das características geomecânicas dos maciços fracturados no desvio da perfuração

A perfuração é uma das operações envolvidas no desmonte de rocha com explosivos. A forma como esta operação é executada é determinante para o sucesso do desmonte. Quando é realizada correctamente o desmonte produz superfícies limpas com o mínimo de sobrescavação e perturbação. A selecção das ferramentas de perfuração é um dos factores preponderantes para os custos do desmonte de maciços rochosos. A forma como a perfuração é executada é determinante para a boa fragmentação do maciço rochoso. Este estudo irá centrar‐se na perfurabilidade do maciço, linearidade dos furos e desenvolvimento de metodologias do ciclo de perfuração. O objectivo geral deste trabalho é demonstrar a interdependência entre os parâmetros geológicos e geotécnicos do maciço rochoso e as tecnologias de perfuração de forma a optimizar tanto técnica como economicamente. O controlo geomecânico do desmonte do maciço rochoso através de uma perfuração alinhada é salientado com o intuito de uma abordagem de geoengenharia integrada nos maciços rochosos.

BAMoL Formalização da linguagem e validação sintática de modelos

A BAMoL (Business Application Modeling Language) é uma linguagem de domínio específico utilizada para o desenvolvimento de soluções para a plataforma myMIS, no âmbito dos sistemas de informação para a gestão. Esta linguagem carecia de dois aspetos, nomeadamente a sua formalização e a existência de mecanismos de validação sintática das soluções desenvolvidas. Estes problemas identificados tornam impossível a validação sintática das soluções desenvolvidas utilizando esta linguagem, aumentando assim a probabilidade de existência de erros, podendo fazer com que as mesmas sejam mais ineficientes e podendo até trazer um aumento de custos de manutenção da plataforma. De forma a resolver os problemas enunciados, foi realizada, para o primeiro, uma descrição textual de todos os constituintes da linguagem e criada uma gramática representativa da mesma, em que constam todos os seus elementos e regras. No caso do segundo problema, a sua resolução passou pela criação de uma ferramenta que utiliza a gramática criada e que permite validar sintaticamente e encontrar as falhas das soluções desenvolvidas. Desta forma, passa a ser possível detetar os erros existentes nas soluções, permitindo assim à equipa de desenvolvimento ter maior controlo sobre as mesmas, podendo torná-las mais corretas, na perspetiva das regras da linguagem.